CN109347713B - 双向总线***和操作双向总线的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开双向总线***和操作双向总线的方法。一种双向总线***包括总线主控设备，所述总线主控设备具有耦接到双向总线的第一发送器。第一发送器在总线上传送在第一电压范围中的信号。总线主控设备具有耦接到总线的第一接收器。包括具有耦接到总线的第二发送器的总线从控设备。第二发送器在总线上传送在第二电压范围中的信号，其中，具有第二接收器的总线从控设备耦接到该总线。第一接收器经配置解译第一电压范围中的信号以指示空闲状态，而第二接收器将第一电压范围中的信号解译为指示数据。第二接收器解译第二电压范围中的信号为指示空闲状态，而第一接收器将第二电压范围中的信号解译为指示数据。

Description

双向总线***和操作双向总线的方法

本申请是国际申请日为2014年03月13日、进入国家阶段日为2015年9月14日的名称为“双向总线***和操作双向总线的方法”的中国专利申请201480015169.2(PCT/US2014/025560)的分案申请。

背景技术

通信总线有许多并且各种各样，如计算机背板、板级总线、集成电路内总线、总线标准、局域网、广域网以及专门和专有的总线连接装置。一种广泛使用的总线是初始开发用于车辆的CAN(控制器区域网络)总线。CAN总线是多主控制设备(multi-master)广播串行总线，其可以是使用双绞线中(可选地在屏蔽电缆中)的平衡信号对而实施。其他总线可以采用差分线路驱动器和差分接收器。许多总线支持两种状态“1”和“0”或三种状态“1”、“0”和“Z”或高阻。然而，这些总线中的许多总线的组件比预期的更昂贵、具有复杂的协议或可能在恶劣环境诸如汽车工作环境中不能很好起作用。

正是在这种背景下，出现了所述实施例。

发明内容

公开一种双向总线***和相关的方法。

在一个实施例中，提供一种双向总线***。双向总线包括总线主控设备，其具有经配置耦接双向总线的第一发送器。第一发送器可操作将第一电压范围中的信号传输至双向总线上，其中，总线主控设备(bus master)具有经配置耦接双向总线的第一接收器。包括具有经配置耦接双向总线的第二发送器的总线从控设备(bus slave)。第二发送器可操作将第二电压范围中的信号传输至双向总线上，其中，总线从控设备具有经配置耦接双向总线的第二接收器。第一接收器经配置将第一电压范围中的信号解译为指示空闲状态，而第二接收器将第一电压范围中的信号解译为通信数据。第二接收器经配置将第二电压范围中的信号解译为指示空闲状态，而第一接收器将第二电压范围中的信号解译为通信数据。

在另一实施例中，提供一种双向总线***。双向总线***包括总线主控设备，其具有经配置耦接至双向总线并在主控设备传输期间表示双向总线上的在第一电压范围中的差分电压的第一差分输出电路。总线主控设备具有经配置耦接至双向总线的第一差分输入放大器，其中，第一差分输入放大器经配置接收在示为单个逻辑值的第一电压范围中的差分电压。第一差分输入放大器经配置接收在示为包括两个逻辑值的有效通信的第二电压范围中的差分电压。包括总线从控设备，其具有经配置耦接双向总线并在从控设备传输期间表示双向总线上的在第二电压范围中的差分电压的第二差分输出电路。总线从控设备具有经配置耦接至双向总线的第二差分输入放大器。第二差分输入放大器经配置接收在示为包括两个逻辑值的进一步有效通信的第一电压范围中的差分电压。第二差分放大器经配置接收在示为单个逻辑值的第二电压范围中的差分电压。

在另一实施例中，提供一种操作双向总线的方法。该方法包括将第一电压序列传输至双向总线上，第一电压序列包括在第一电压范围中的电压和在第二电压范围中的电压，并且在第一位置处将第一电压序列解译为与空闲状态相关联的单个逻辑值。该方法包括在第二位置处将第一电压序列解译为具有两个逻辑值的应用的第一有效通信，并将第二电压序列传输至双向总线上，第二电压序列包括在第二电压范围中的另一电压和在第三电压范围中的电压。该方法还包括在第一位置处将第二电压序列解译为具有两个逻辑值的应用的第二有效通信，并且在第二位置处将第二电压序列解译为与空闲状态相关联的单个逻辑值。

所述实施例的其他方面和优点将根据如下具体实施方式结合通过示例图示说明所述实施例的原理的附图变得显而易见。

附图说明

所述实施例及其优点通过参考结合附图的具体实施方式可以更好理解。在不脱离所述实施例的精神和范围的情况下，这些附图不以任何方式限制本领域的技术人员对所述实施例进行的形式和细节的任何改变。

图1是根据某些实施例连接汽车的电池模块上的传感器的通信总线的示意图。

图2是根据某些实施例通过通信总线连接的总线主控设备和总线从控设备的示意图。

图3是根据某些实施例通过具有开关的通信总线连接的总线主控设备和总线从控设备的示意图。

图4是根据某些实施例在总线主控设备和总线从控设备中的电子电路的示意图。

图5是根据某些实施例可应用于通信总线的差分电压电平的电压示意图。

图6是根据某些实施例操作通信总线的方法的流程图。

具体实施方式

如图1-6所示，双电压通信总线的实施例具有是双向的两线总线，以及在总线上传送和接收差分电压的各种组件。双绞线对、屏蔽对、屏蔽双绞线对等能够用在总线的布线中。在某些实施例中，总线能够用于连接主控设备和一个或更多个从控设备

本文公开详细说明的实施例。不过，本文公开的特定功能细节仅仅代表描述实施例的目的。不过，实施例可以以许多替代形式实施，并且不应解读为仅限于本文阐述的实施例。

应当理解，虽然术语第一、第二等可在本文用于描述不同的步骤或计算，但是这些步骤或计算不应被这些术语限制。这些术语仅用于将一个步骤或计算与另一个步骤或计算区分开。例如，在没有偏离本公开的范围的情况下，第一计算可以称为第二计算，以及同样，第二步骤可以称为第一步骤。如本文所使用的，术语“和/或”和“/”符号包括一个或更多个关联列出项目中的任意一个和全部组合。

如本文所使用的，单数形式“一种”、“一个”、“该”旨在也包括复数形式，除非该内容以其他形式明确指出。还应当理解，当用于本文时，术语“包括”和/或“包含”指定陈述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。因此，本文所使用术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。

还应当指出，在某些替代实施中，所指出的功能/动作不一定以图中指出的顺序出现。例如，根据涉及的功能/动作，连续示出的两个图实际上可以基本同时执行，或者有时候可以以相反顺序执行。

图1示出根据某些实施例的用于通信总线***的可再充电电池应用。汽车102具有电池模块104，汽车102可以是混合动力汽车或电车。在电池模块104的顶部，具有传感器模块106，该传感器模块监测电池状况诸如温度和电压。通信总线108连接传感器模块106。传感器模块106能够跟踪电池充电、放电、使用寿命、故障或其他错误或环境状况，并在它们自身之间传递这些信息。低成本和在各种状况(诸如温度、湿度、振动、加速、减速、老化等)下的操作是期望的。电池模块104可以以各种并联和串联布局连接，并且可以具有不同的工作电压，例如，依次堆积的串联模块具有高达400伏或更大的电压。随着时间推移，组件和连接器会老化，导线会断线，组件值和驱动强度可以改变，电池单元会开路或短路，并且会出现其他故障状况。由于将总线电磁耦接至连接电池单元的布线以及这种布线中的高达数百安培的大冲击/浪涌电流会在通信总线108上产生信号噪声。其他工业、商业和消费应用可以具有相关或另外的问题和状况，这些问题和状况可以通过良好设计的通信总线***来解决。应当明白，虽然在该示例中示出汽车102，但是这并不意味着被限制为可以集成本文所述的总线设计的任何基于陆地、海上或空中类的车辆。

图2示出根据某些实施例的通信总线***200。通信总线***200包括两线双向总线202、总线主控设备204和总线从控设备节点206、208、210。通信总线***200适合图1所示的汽车电池应用以及其他类型的***。两线双向总线202能够利用如图所示用成对线、屏蔽电缆、屏蔽对、双绞线对或屏蔽电缆中的双绞线对以及容易设计的其他变体来实现。两线双向总线202支持差分电压，如将进一步描述的。两线双向总线202的远端被示为可扩展的。能够耦接到两线双向总线202的总线主控设备和总线从控设备的总数取决于各种因素，诸如容性负载、组件的驱动强度、终端、布线的长度和阻抗以及信号时序。应当明白，在某些实施例中，总线主控设备204可以是控制器，诸如微处理器或可编程逻辑器件，而从控设备节点可以是传感器。

图3示出根据某些实施例的具有开关的通信总线***200，其中，该开关提供从控设备节点的电隔离。两线双向总线202连接总线主控设备204和总线从控设备节点206、208、210。在每个从控设备节点处，能够激活开关S1、S2、S3以闭合或断开从而连接或分离沿两线双向总线中的一条导线的相应从控设备节点。断开开关S1使得第一总线从控设备节点206经由两线双向总线202耦接到总线主控设备204，但是分离下游的从控设备节点，例如，第二从控设备节点208和第三从控设备节点210等，以便下游的从控设备节点208和210不再与总线主控设备204通信。同样，如果第一开关S1闭合，断开开关S2使得第二总线从控设备208连接到总线主控设备204，但是分离下游的从控设备，例如第三从控设备节点210等，以便下游的从控设备节点不再与总线主控设备204通信。对于另外下游的从控设备，这些动作和状况能够重复。两线双向总线202支持差分电压。开关S1、S2、S3可以使用各种类型的晶体管或继电器或其他电路来实现。

图4示出总线主控设备204和总线从控设备节点206、208内的电子电路的实施例。在缺乏任何发送器在总线上驱动的情况下，梯形电阻器将两线双向总线偏置到规定的差分电压，即在总线上形成规定的差分电压。在所示的实施例中，梯形电阻器在总线空闲时在总线上形成约0.9V。梯形电阻器也提供到两线双向总线的终端，形成总线的终端阻抗。梯形电阻器具有在电源电压和双向总线的第一导线402之间连接的第一电阻器R1，在双向总线的第一导线402与第二导线404之间连接的第二电阻器R2，以及在第二导线404与电气接地之间连接的第三电阻器R3，电气接地可以是本地接地端子(例如对总线主控设备204是本地的)或***接地。在示出的实施例中，包含梯形电阻器或以其他方式与总线主控设备204相关联。不过，在变体中，梯形电阻器可以定位在沿两线双向总线的其他位置。对于低阻抗总线，在梯形电阻器中的电阻器R1-R3的电阻能够被设定在相对低的值，或针对位于总线主控设备204和总线从控设备节点206和208上的减少驱动强度需求设定的更高。低阻抗总线，即在梯形电阻器上具有低阻抗值，通常支持更高频率通信和更大的噪声免疫力。更大噪声免疫力的一个原因在于：来自交叉耦合的给定电流尖峰产生较低电阻值上的较低电压尖峰。在信号上升和下降时间降低之前，低阻抗总线和每个总线从控设备节点添加到总线的小容性负载通常支持更大数量的总线从控设备节点。在一个示例中，梯形电阻器中的每个电阻具有约300到360欧姆并且总线支持100kbps(千比特/秒)数据速率的串行通信。

仍然参考图4，在总线主控设备204内采用差分放大器A1，以从双向总线的两条导线402、404接收差分电压。应当明白，术语“导线”可以与术语“引线”互换。差分放大器A1经调谐将第一规定差分电压范围识别为逻辑0，以及将第二规定差分电压范围识别为逻辑1，并且在差分放大器A1的Rx端子上输出这些逻辑值。各种类型的已知差分放大器能够用于本文所述的实施例。对于总线主控设备204，差分放大器A1的输出端子Rx能够连接到UART(通用异步接收器/发送器)的接收器输入端。在所示实施例中，梯形电阻器具有经选择在两线双向总线上形成规定差分电压的电阻器值，该电压作为逻辑1由差分放大器A1接收。逻辑1进而被传送到UART的接收器输入端，在缺乏定时转变至辑0状态和从逻辑0状态的定时转变时(这将指示数据传输)，UART将逻辑1解译为空闲状态或标记。因此，总线主控设备204的接收路径接收如梯形电阻器形成或由所述总线从控设备中的一个总线从控设备传输的差分电压，并经由差分放大器A1将这些差分电压转换为逻辑0或1，并且在Rx端子上表示逻辑0和逻辑1。

继续图4，在总线主控设备204内，传输路径从Tx端子获取逻辑0和逻辑1，逻辑0和逻辑1可以来自上述UART的发送器输出端并将它们表示为在双向总线的两条导线402、404上的差分电压。Tx端子经配置通过缓冲器406缓冲逻辑0和逻辑1，缓冲器406能够是如图所示的反相器，并且操作两个开关Sa、Sb。第一开关Sa连接在电源电压和双向总线的第一导线402之间，以及第二开关Sb连接在双向总线的第二导线404和接地端子之间，该接地端子可以是本地接地。在所示版本中，到达总线主控设备204的传输路径的Tx输入端上的逻辑1断开开关Sa、Sb，以便梯形电阻器R1、R2、R3的偏置值表示为双向总线的两条导线402、404上的差分电压值。到达总线主控设备204的传输路径的Tx输入端上的逻辑0闭合开关Sa、Sb，以便从接地到电源电压扩展的全电压表示为双向总线的两条导线402、404上的差分电压值。开关Sa、Sb能够使用各种类型的晶体管或继电器或其他电路来实现。在某些实施例中，能够添加适合缓冲器406的极性和开关Sa、Sb的规范的控制线路。在变体中，差分电压的其他值可以经表示用于逻辑0或逻辑1，可以使用其他类型的驱动器，或开关可以被三态缓冲器代替，并且所述电路能够针对这些变化被设计或调节。

继续图4，总线从控设备206的传输路径使用跨双向总线的两条导线402、404耦接的开关408。在这个实施例中，当开关408断开时，总线上的差分电压保持处于由梯形电阻器形成的偏置值。当开关408闭合时，总线的两条导线402、404被开关408基本短路在一起并且总线上的差分电压值接近0V(零伏特)。在所示版本中，开关408是光隔离器U1的一部分，并且使用光电晶体管来实现。也称为光学隔离器的光隔离器通常包括光学耦接到光电晶体管的LED(发光二极管)。出现在总线从控设备206的Tx端子上的逻辑0被反相器412反向，反相器提供电阻器R5两端的电压和通过电阻器R5并通过LED 410的电流。来自LED 410的光子导致光电晶体管接通，这操作以闭合开关408。因此，总线从控设备206的传输路径中的逻辑0表示为双向总线上的接近0V的差分电压。例如，当切换接通时，一种类型的光子晶体管具有标称5mA汇/接收(sink)能力，并且梯形电阻器能够具有经调节以便光电晶体管能足以将两线双向总线的两条导线402和404拉在一起的电阻值。总线从控设备节点206的传输路径中的逻辑1表示为开关408开路或高阻抗，以便来自梯形电阻器的偏置差分电压值占主导地位(除非另一发送器在发送)。在变体中，差分电压的其他值可以表示逻辑0或逻辑1，并且可以使用其他类型的驱动器或开关，诸如关于总线主控设备所讨论的那些。

仍然参考图4，总线从控设备206的接收路径具有跨双向总线的第一导线402和第二导线404连接的差分放大器U2。在所示版本中，差分放大器U2使用光隔离器来实现，光隔离器具有LED 414和光电晶体管416。LED 414可以产生在红外线范围、可见光范围或紫外线范围等的光子，并且光电晶体管应当经选择或匹配以响应相应范围中的光子。在光隔离器的输出响应于如在双向总线上观察到的各种差分电压的意义上，光隔离器充当差分放大器。二极管D1连接在双向总线的第一导线402和LED 414的阳极(正极)端子之间，它有效提升电路到两个二极管压降的接通阈值。连接在LED 414的阴极(负极)端子与双向总线的第二导线404之间的电阻器R4充当串联的两个二极管D1、414的限流电阻器。双向总线上、小于两个二极管压降的差分电压导致LED 414关断，LED 414没有生成光子并且光电晶体管416处于关断状态。连接到本地电源电压并与光电晶体管416串联的电阻器R6具有在电阻器R6和光电晶体管416之间的接合点处的接收器输出端子Rx。当光电晶体管416关断时，总线从控设备206的接收器端子Rx示出逻辑1，即接近本地电源电压。双向总线上、大于两个二极管压降的差分电压导致LED 414接通，并且由LED 414生成光子，这使光电晶体管416处于接通状态。通过光电晶体管416的充足电流，并且取决于为电阻器R6选择的值，总线从控设备206的接收器端子Rx示出逻辑0。其他类型的差分放大器或其他类型的输入电路能够用在总线从控设备206的变体中，如不同的调谐用于不同的差分电压和逻辑值。例如，可以使用具有迟滞性的差分放大器，如可以是MOSFET、双极晶体管、继电器、公用电源和接地连接、其他类型或电平的偏置或极性等。光隔离器U1、U2的使用允许总线从控设备206具有独立于总线主控设备204中的接地和电源的本地接地和本地电源。当从控设备节点206应用于串联连接的电池单元的监测电路时，这是有用的，其中能够形成DC(直流)电压，其可以产生稍微或大大超过主控设备204或其他从控设备节点的电源电压。第二从控设备节点208和其他从控设备节点能够使用相同电路，或能够使用电路的变体。其他类型的隔离装置(诸如变压器或电平转换电路)能够用在从控设备节点206的变体中。

图5是示出差分电压电平的示意图，如在图1-4的两线双向总线上观察到的。如一般所理解的，当第一导线402上的电压(也可以称为D+或V+)约等于第二导线404上的电压(也可以称为D-或V-)时，可以说差分电压是零。当第一导线402上的电压大于第二导线404上的电压时，可以说差分电压大于零。第一导线402或第二导线404上的绝对电压能够与参考电压(诸如接地电压，其可以是本地或全局的)比较。所示的差分电压值经选择用于指定的实施例，并且能够经调节或用作进一步实施例的相对或绝对电压值。

第一电压范围512中的电压从总线主控设备传输到一个或更多个总线从控设备。第一电压范围512包括第一电压子范围502和第二电压子范围506。第二电压范围514中的电压从总线从控设备传输到总线主控设备。第二电压范围514包括第二电压子范围506和第三电压子范围510。就是说，第一电压范围512和第二电压范围514重叠。第一电压范围512和第二电压范围514的重叠包括第二电压子范围506。第一电压子范围502和第三电压子范围510两者经布置在这个重叠之外。

第一电压子范围502用于3.3V和2.0V之间(包括3.3V和2.0V)的差分电压值。当总线主控设备在传输逻辑零时，第一电压子范围502表示为双向总线上的差分电压。第一电压子范围502由总线主控设备接收器作为逻辑1接收，并由总线从控设备接收器作为逻辑0接收。第二电压子范围506用于在1.4V与0.7V之间(包括1.4V和0.7V)的差分电压值。当主控设备在传输逻辑1、从控设备在传输逻辑1或主控设备或从控设备两者均不在传输即总线空闲时，第二电压子范围506表示为总线上的差分电压。第二电压子范围506由总线主控设备接收器作为逻辑1接收，并由总线从控设备接收器作为逻辑1接收。第三电压子范围510用于0.5V和0V之间(包括0.5V和0V)的差分电压值。当从控设备在传输逻辑零时，第三电压子范围510表示为总线上的差分电压。第三电压子范围510由总线主控设备接收器作为逻辑0接收，并由总线从控设备接收器作为逻辑1接收。在另外的实施例中，如图5所示的电压电平可以是施加于两线双向总线的绝对电压或相对电压，其中，一条导线是接地或其他参考电压而另一条导线是信号导线。所述电压范围中的一个电压的电压极性可以被反向，或同样，差分电压可以是所述电压范围中的一个电压的负电压。

虽然能够在两线双向总线上进行其他差分电压值分配和逻辑值分配并成功运行，但是本文所示的差分电压值分配和逻辑值分配在本文所述的总线***通信中具有强大的性能。例如，串联通信能够容易用在总线***中，其中，总线主控设备具有UART并且每个从控设备节点具有相应的UART。当没有UART在传输数据时，所有的UART在发送出空闲或标记状态，该空闲或标记状态是逻辑1。这在第二电压子范围506中表示为电压，该空闲或标记状态由主控设备接收器作为逻辑1接收且由从控设备接收器作为逻辑1接收。在这个空闲状态期间，所有的UART将查找逻辑0起始位。当总线主控设备开始传输时，总线主控设备在总线上发送作为逻辑0的起始位，逻辑0在第一电压子范围502中表示为电压，该起始位由总线主控设备接收器作为逻辑1接收并由相应从控设备节点的接收器作为逻辑0接收。因此，在某些实施例中，总线主控设备接收器未被总线主控设备传输干扰，因为总线主控设备未观察到其自身的传输，并且在总线主控设备在传输时，总线主控设备不针对总线从控设备通信量监测总线。应当明白，在某些实施例中，来自总线主控设备的传输压倒来自总线从控设备的任何传输。所有的总线从控设备节点(除非从总线分离)接收或观察作为逻辑0或起始位的第一电压子范围502，并且开始接收来自总线主控设备的串行数据。总线主控设备能够实现到所有的从控设备的传输，但是不干扰接收总线主控设备自身的传输。由总线主控设备发送的逻辑0和逻辑1被总线主控设备接收器认识(experience)为全部是逻辑1，从而使总线主控设备接收器保持在空闲状态。

在相反方向中，当总线从控设备节点开始传输时，总线从控设备节点在总线上发送作为逻辑0的起始位，逻辑0在第三电压子范围510中表示为电压，该起始位由相应的总线从控设备节点的接收器作为逻辑1接收并由总线主控设备的接收器作为逻辑0接收。因此，总线从控设备节点的接收器未被总线从控设备节点传输干扰，并且能够继续查找由总线主控设备发送的数据。总线主控设备(除非从正在传输的总线从控设备分离)接收或观察作为逻辑0或起始位的第三电压子范围510，并且开始接收来自总线从控设备节点的串行数据。因此，总线从控设备节点能够向总线主控设备传输，但是不干扰接收总线从控设备自身的传输。其他总线从控设备节点也不干扰接收来自总线从控设备节点的传输。由总线从控设备节点发送的逻辑0和逻辑1被总线从控设备接收器认识为全部是逻辑1，从而使总线从控设备接收器保持在空闲状态。通过这种总线值的布置，总线主控设备能够广播到所有的总线从控设备节点，即以广播模式操作，并且单个从控设备节点能够向总线主控设备回传以作为响应。通信处理被最小化，因为总线主控设备接收器不必查看总线主控设备发送器的传输并且总线从控设备接收器不必查看其他总线从控设备的传输。应当明白，这降低总体的处理开销。

第一、第二和第三电压子范围502、506、510的选择能够为通信提供方向性，如上面所讨论的。当在两线双向总线上观察到第一电压子范围502时，通信从总线主控设备到总线从控设备节点。当在两线双向总线上观察到第三电压子范围510时，通信从总线从控设备节点到总线主控设备。在一个实施例中，如果缺乏控制的(rogue)从控设备节点在它不应该通信时在通信，则调节各个组件值(即，选定的组件)，以便主控设备能够“赢取”总线。例如，参考图4，总线主控设备204的开关Sa、Sb的闭合开关阻抗能够选择在低于总线从控设备206的开关408的闭合开关阻抗的值，以便总线主控设备204能够表示总线上第一电压子范围502内的差分电压，即使总线从控设备206在试图表示总线上第三电压子范围510内的差分电压。

本文所述的通信总线***实现两线接口上的低成本、双向、半双工操作，其具有由各个实施例提供的优点。总线主控设备以及每个总线从控设备节点充当常用UART的收发器，可以发现该UART具有许多微控制器。总线中的光隔离器提供电隔离。例如，每个总线从控设备能够用不同的本地电源操作，诸如通过连接到本地电池单元，甚至当电池单元串联堆叠时。此外，如果总线从控设备中的一个总线从控设备遇到本地电源故障，诸如电池单元坏死，这不干扰总线主控设备和剩余总线从控设备之间的通信。差分信号提供对共模噪声的高免疫力。另外，提供防护带1 508和防护带2 504以提供***中任何噪声的缓冲器。应当理解，防护带504和508的范围以及图5的其他电压范围是说明性的，并不意味着限制可以经选择以实现本文所述功能的任何合适范围。光隔离器也提供对共模噪声的高免疫力。保持正的即无负差分电压的信号电压不反向偏置总线从控设备节点的光隔离器U1的光电晶体管的发射极-基极结。这避免热载流子注入，这对于降低光电晶体管的增益是已知的。本文所示的电路作为常用UART的收发器来操作。电路对总线负载是相对不敏感的，从而允许在另外的总线从控设备添加到总线时的稳定性能。

图6示出操作两线双向总线的方法。该方法可以使用本文所述的具有如图5所示的差分电压值的通信总线***来实践。在本实施例中呈现的方法与图5的总线主控设备204的UART和总线从控设备节点206、208中的每个总线从控设备节点中的另一UART的使用一致。该方法的变体可以用更少或额外的步骤或重新布置的步骤或用各种不同的差分电压值或绝对电压值或相对电压值并用不同数量的总线从控设备来实践。该方法以操作602开始，其中，第一防护带布置在第二和第三差分子电压范围之间。如图5所示的差分电压电平和范围是这个动作的合适候选项。在某些实施例中，电路对在第二和第三子电压范围(并且包含第一防护带)中的电压的响应能够通过调节总线主控设备204中的差分放大器A1的响应和/或调节耦接于图5的两线双向总线的偏置电路中的电阻器R1、R2、R3来布置。在操作604中，第二防护带布置在第二和第一子电压范围之间。电路对在第二和第三子电压范围(并且包含第一防护带)中的电压的响应可以通过调节电阻器R6、R4和/或通过在图5的总线从控设备206的接收器区段中添加二极管D1来布置。

继续图6，在操作606中，总线从控设备耦接至双向总线。应当明白，任何数量的总线从控设备能够与本文所述的实施例一起使用。在动作608中，总线从控设备的发送器连接与总线隔离。这能够通过使用如图4所示的光隔离器或其他隔离装置来完成。在操作610中，总线从控设备的接收器连接与总线隔离。同样，这能够使用光隔离器或其他隔离装置来完成。在操作612中，第一电压序列传输至总线上。第一电压序列包括在第一子电压范围中的电压和在第二子电压范围中的电压。例如，第一序列可以是来自耦接于总线主控设备的UART的二进制位的串行通信的总线主控设备的传输，其中，在第一子电压范围中的电压表示逻辑0，而在第二子电压范围中的电压表示逻辑1，如图5所示。

在动作614中，第一电压序列在沿总线的第一位置处被解译为与空闲状态相关联的单个逻辑值。例如，第一位置可以是总线主控设备耦接于总线的位置。总线主控设备的接收器将在第一子电压范围中的电压解译为逻辑1。而且，总线主控设备的接收器将在第二子电压范围中的电压解译为逻辑1。因此，接收器看见这个单个逻辑值，并且耦接于总线主控设备的接收器的UART保持处于空闲状态。在操作616中，第一序列在第二位置处被解译为具有两个逻辑值的应用的有效通信。例如，沿总线的第二位置可以是总线从控设备耦接于总线的位置。总线从控设备的接收器将在第一子电压范围中的电压解译为逻辑0。而且，从控设备的接收器将在第二子电压范围中的电压解译为逻辑1。因此，接收器将这些两个逻辑值视作1和0的序列的一部分，该1和0的序列指示数据的有效通信，诸如由耦接于总线从控设备的接收器的UART接收的消息。

在一个动作618中，第二电压序列被传输至总线上。第二电压序列包括在第二子电压范围中的电压和在第三子电压范围中的电压，如图5所示。例如，第二序列可以是来自耦接于总线从控设备的UART的二进制位的串行通信的总线从控设备的第二传输，其中，在第二子电压范围中的电压表示逻辑1，而在第三子电压范围中的电压表示逻辑0。在操作620中，第二序列在第一位置处被解译为具有两个逻辑值的应用的有效通信。例如，第一位置可以是总线主控设备耦接于总线的位置。总线主控设备的接收器将在第二子电压范围中的电压解译为逻辑1。而且，总线主控设备的接收器将在第三子电压范围中的电压解译为逻辑0。因此，接收器将这些两个逻辑值视作1和0的序列的一部分，该1和0的序列表示数据的有效通信，诸如由耦接于总线主控设备的接收器的UART接收的消息。

在动作622中，第二电压序列在第二位置处被解译为与空闲状态相关联的单个逻辑值。例如，第二位置可以是总线从控设备耦接于总线的位置。总线从控设备的接收器将在第二子电压范围中的电压解译为逻辑1。总线从控设备的接收器也将在第三子电压范围中的电压解译为逻辑1。因此，总线从控设备的接收器获悉这个单个逻辑值，并且耦接于总线从控设备的接收器的UART保持处于空闲状态。虽然所述方法操作以指定的顺序描述，但是应当理解，其他操作可以在所述操作之间中执行，所述操作可以进行调整，以便它们以稍微不同的次数出现或所述操作可以分布在允许处理操作发生在与所述处理相关联的不同间隔处的***中。

出于解释的目的，前面的描述已参考特定实施例进行了描述。不过，上面的说明性讨论并不旨在穷尽或限制本发明所公开的精确形式。鉴于上述教义，许多更改和变化是可能的。所述实施例被选择和描述，以便最佳解释所述实施例的原理及其实践应用，并从而使得本领域的技术人员能够最佳利用所述实施例和适用于想到的特定用途的不同更改。因此，所述实施例应被解读为说明性和非限制性的，并且本发明并不局限于本文给出的细节，而是可以在随附权利要求的范围及其等同范围内更改。

Claims (20)

1.一种通信总线***，包括：

包括第一发送器的总线主控设备，所述第一发送器被配置为将第一电压范围中的电压发送到通信总线上，所述第一电压范围中的电压由所述总线主控设备的第一接收器解译为第一逻辑值，并且由总线从控设备的第二接收器解译为第二逻辑值；

所述第一发送器被配置为将第二电压范围中的电压发送到所述通信总线上，所述第二电压范围中的电压由所述第一接收器解译为所述第一逻辑值，并且由所述第二接收器解译为所述第一逻辑值；

包括第二发送器的所述总线从控设备，所述第二发送器被配置为将所述第二电压范围中的电压发送到所述通信总线上，所述第二电压范围中的电压由所述第一接收器解译为所述第一逻辑值，并且由所述第二接收器解译为所述第一逻辑值；以及

所述第二发送器被配置为将第三电压范围中的电压发送到所述通信总线上，所述第三电压范围中的电压由所述第一接收器解译为所述第二逻辑值，并且由所述第二接收器解译为所述第一逻辑值。

2.根据权利要求1所述的通信总线***，其中，所述第一逻辑值等于1，并且所述第二逻辑值等于0。

3.根据权利要求1所述的通信总线***，其中：

所述第一电压范围为2至3.3伏或其子集；

所述第二电压范围为0.7至1.4伏或其子集；以及

所述第三电压范围为0到0.5伏或其子集。

4.根据权利要求1所述的通信总线***，其中，当所述第一发送器和所述第二发送器都不处于有效数据传输时，所述第二电压范围和所述第一逻辑值为所述通信总线上的空闲状态或标记。

5.根据权利要求1所述的通信总线***，还包括：

所述第一发送器被配置为响应于发送所述第二逻辑值的指示发送所述第一电压范围中的电压；

所述第一发送器被配置为响应于发送所述第一逻辑值的指示发送所述第二电压范围中的电压；

所述第二发送器被配置为响应于发送所述第一逻辑值的指示发送所述第二电压范围中的电压；以及

所述第二发送器被配置为响应于发送所述第二逻辑值的指示发送所述第三电压范围中的电压。

6.根据权利要求1所述的通信总线***，其中：

所述通信总线是双线双向差分总线，当所述第一发送器和所述第二发送器空闲或无效时，所述双线双向差分总线被偏置为具有所述第二电压范围中的电压。

7.根据权利要求1所述的通信总线***，还包括：

所述第一接收器具有差分放大器；以及

所述第二接收器具有光隔离器和与所述光隔离器的发光二极管即LED串联的二极管。

8.一种通信总线***，包括：

包括第一收发器的总线主控设备，所述第一收发器被配置为耦合到通信总线并具有第一发送器和第一接收器；

包括第二收发器的总线从控设备，所述第二收发器被配置为耦合到所述通信总线并具有第二发送器和第二接收器；

所述第一发送器被配置为发送第一电压范围中的电压；

所述第一发送器和所述第二发送器均被配置为发送第二电压范围中的电压；

所述第二发送器被配置为发送第三电压范围中的电压；

所述第一接收器被配置为将所述第一电压范围中的电压解译为第一逻辑值，将所述第二电压范围中的电压解译为所述第一逻辑值，并将所述第三电压范围中的电压解译为第二逻辑值；以及

所述第二接收器被配置为将所述第一电压范围中的电压解译为所述第二逻辑值，将所述第二电压范围中的电压解译为所述第一逻辑值，并将所述第三电压范围中的电压解译为所述第一逻辑值。

9.根据权利要求8所述的通信总线***，其中所述第一逻辑值是二进制1，并且所述第二逻辑值是二进制0。

10.根据权利要求8所述的通信总线***，还包括：

所述第一发送器具有第一开关，当所述第一发送器发送所述第一电压范围中的电压时，所述第一开关将所述通信总线的第一导线与正电源电压去耦合，并且当所述第一发送器发送所述第二电压范围中的电压时，所述第一开关将所述通信总线的所述第一导线耦合到所述正电源电压；以及

所述第一发送器具有第二开关，当所述第一发送器发送所述第一电压范围中的电压时，所述第二开关将所述通信总线的第二导线与接地电压或负电源电压去耦合，并且当所述第一发送器发送所述第二电压范围中的电压时，将所述通信总线的所述第二导线耦合到所述接地电压或所述负电源电压。

11.根据权利要求8所述的通信总线***，还包括：

所述第二发送器具有开关，当所述第二发送器发送所述第三电压范围中的电压时，所述开关将所述通信总线的第一导线耦合到所述通信总线的第二导线，并且当所述第二发送器发送所述第二电压范围中的电压时，所述开关将所述通信总线的所述第一导线与所述通信总线的所述第二导线去耦合。

12.根据权利要求8所述的通信总线***，其中，所述通信总线由电阻器偏置以具有所述第二电压范围中的电压，其中所述第一发送器和所述第二发送器空闲或无效。

13.根据权利要求8所述的通信总线***，其中：

当被指示发送逻辑1时，所述第一发送器发送所述第二电压范围中的电压，所述第一接收器将其解译为逻辑1，并且所述第二接收器将其解译为逻辑1；

当被指示发送逻辑0时，所述第一发送器发送所述第一电压范围中的电压，所述第一接收器将其解译为逻辑1，并且所述第二接收器将其解译为逻辑0；

当被指示发送逻辑1时，所述第二发送器发送所述第二电压范围中的电压，所述第一接收器将其解译为逻辑1，并且所述第二接收器将其解译为逻辑1；以及

当被指示发送逻辑0时，所述第二发送器发送所述第三电压范围中的电压，所述第一接收器将其解译为逻辑0，并且所述第二接收器将其解译为逻辑1。

14.根据权利要求8所述的通信总线***，其中：

所述第一、第二和第三电压范围是差分电压的范围；

所述第一电压范围的差分电压高于或大于所述第二电压范围的差分电压；以及

所述第二电压范围的差分电压高于或大于所述第三电压范围的差分电压。

15.一种用于在通信总线上通信的方法，包括：

从所述通信总线上的、总线主控设备的第一发送器发送第一电压范围中的电压和第二电压范围中的电压；

从所述通信总线上的、总线从控设备的第二发送器发送所述第二电压范围中的电压和第三电压范围中的电压；

在所述总线主控设备的第一接收器处，从所述通信总线接收所述第一电压范围中的电压作为第一逻辑值；

在所述总线从控设备的第二接收器处，从所述通信总线接收所述第一电压范围中的电压作为第二逻辑值；

在所述第一接收器和所述第二接收器中的每一个处，从所述通信总线接收所述第二电压范围中的电压中的每一个作为所述第一逻辑值；

在所述第一接收器处，从所述通信总线接收所述第三电压范围中的电压作为所述第二逻辑值；以及

在所述第二接收器处，从所述通信总线接收所述第三电压范围中的电压作为所述第一逻辑值。

16.根据权利要求15所述的方法，还包括：

将所述通信总线偏置到所述第二电压范围中的电压，其在所述第一发送器或所述第二发送器没有驱动到所述总线上时存在。

17.根据权利要求15所述的方法，其中：

所述通信总线是双向差分电压总线；

所述第一逻辑值是数字1；

所述第二逻辑值是数字0；

所述第一、第二和第三电压范围中的每一个是差分电压的范围；以及

所述第一电压范围高于或大于所述第二电压范围，所述第二电压范围高于或大于所述第三电压范围。

18.根据权利要求15所述的方法，其中将所述第一电压范围中的电压从所述第一发送器发送到所述通信总线上包括经由所述第一发送器的第一开关将所述通信总线的第一导线耦合到第一电源电压，以及经由所述第一发送器的第二开关将所述通信总线的第二导线耦合到第二电源电压。

19.根据权利要求15所述的方法，其中将所述第三电压范围中的电压从所述第二发送器发送到所述通信总线上包括经由所述第二发送器的开关将所述通信总线的第一导线耦合到所述通信总线的第二导线。

20.根据权利要求15所述的方法，其中在所述第二接收器处，从所述通信总线接收所述第一、第二或第三电压范围中的电压包括：在接收器电路上接收所述第一、第二或第三电压范围中的电压，所述接收器电路包括与光隔离器的发光二极管即LED串联的二极管。

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